Captura de datos y procesado de señales mediante sensores de caudal másico

Todos los medidores de caudal térmicos comparten un concepto básico: el caudal se mide mediante un efecto de enfriamiento en un elemento sensor caliente expuesto al medio fluyente.

El objeto que se calienta es un metal hueco, que a partir de aquí llamaremos thermowell (termopozo). Este dispositivo dispone de un elemento de calentamiento resistivo con wataje constante en su interior.

El parámetro que el sensor térmico responde de manera natural es la velocidad de la masa del gas. Los medidores de caudal térmicos son por lo tanto sensores al punto.

La diferencia de temperatura entre el cuerpo del thermowell y el medio fluyente es detectada por dos RTDS. Estos resistores, llamados RTD de referencia y activo, se montan en thermowells del mismo tamaño y forma que el thermowell calentador. El sensor de referencia se aisla térmicamente por una separación física. La diferencia de temperatura entre las dos RTDs varia inversamente al nivel de caudal. La relación logarítmica, aunque requiere linearización en la mayoría de los usos, minimiza los errores en un amplio rango de mediciones dinámicas.

Cuando el nivel de caudal se incrementa, la diferencia de temperatura decrece. Esta relación empírica, aunque estado dentro de un rango de temperaturas, se procesan digitalmente en el medidor de caudal para generar una señal de salida.

El nivel de caudal Másico se deriva simplemente multiplicando la velocidad de la masa por el área de sección transversal del área de paso. Se aplica un factor al resultado para corregir perfiles de caudal no uniformes. Donde el perfil está sujeto a cambios o incertidumbres los sensores térmicos se montan en una sonda que se extiende a través del área de paso.

Las ventajas inherentes a la técnica sensores de caudal térmico son muchas y se basan tanto métodos analógicos como digitales. El procesador digital, sin embargo, proporciona una mayor flexibilidad al tratar con magnitudes no lineales del mundo real y con las leyes naturales. La principal ventaja es la medición directa de de caudal Másico se incluye la complejidad añadida e inexactitudes acumuladas que aparecen en las correcciones separadas de tasas volumétricas para temperatura y presión. La forma logarítmica de la curva de calibración dar a estos instrumentos un rango dinámico muy extenso. El rango de inexactitudes típicas es de 1-3 % de lectura.

El pequeño tamaño de una sonda de punto único provoca muy pocos obstáculos o caídas de presión. Adicionalmente, pueden insertarse o retirarse sin cerrar el medio natural. La falta de partes móviles o frágiles hace que estos instrumentos sean altamente fiables y los métodos sensores sean inmunes a ruido y vibraciones. Ni la suciedad o limpieza vigorosa de los elementos sensores causa pérdidas sustanciales de exactitud.

Bibliografía: Walsh, T. S. Mass Flow Sensing: Data collection and Signal Processing. Fluid Components, In.